Development of an empirical formula for estimation of bioretention outflow rate

Urbanization of a watershed affects both surface water and groundwater resources. When impervious area increases, the excess runoff and volume of water collected at the downstream end of the watershed also increases, due to the decrease in groundwater recharge, depression storage, infiltration and evapotranspiration. Low-impact development (LID) methods have been developed in order to diminish adverse effects of excess stormwater runoff. Bioretention is one of the LID types which is used to prevent flooding by decreasing runoff volume and peak flow rate, and to manage storm-water by improving water quality. In this study, an empirical formula is derived to predict the peak outflow out of a bioretention column as a function of the ponding depth on bioretention, hydraulic conductivity, porosity, suction head, initial moisture content and height of the soil mixture used in the bioretention column. Coefficients of the empirical formula are determined by using metaheuristic algorithms. For analyses, the experimental data obtained from rainfall-watershed-bioretention (RWB) system are used. The reliability of the empirical formula is evaluated by calculating the absolute per cent error between the peak value of the measured outflow and the calculated outflow of the bioretention columns. The results show that the performance of the empirical formula is satisfactory.Keywords: bioretention, low impact development (LID), excess runoff, stormwater management, empirical formul

An improvement in drainage flow equation of EPA SWMM green roof module

Green roofs are among the important green infrastructures which decrease the negative impacts of urbanization. In this study, the green roof modeling capability of U.S. Environmental Protection Agency Storm Water Management Model (EPA SWMM) is evaluated and the modeling methods used in EPA SWMM, which need improvements, are determined. In particular, the drainage flow, which is originally calculated with Manning's equation in SWMM, is improved by introducing the drainage mat void thickness and adapting a new value for the exponential coefficient of depth in the equation. In addition, the capability of the percolation equation is further investigated, i.e., the value of the coefficient of the exponential function of soil moisture content that considers the percolation through the soil layer is determined for different substrates using the existing unsaturated hydraulic conductivity and soil moisture content data from steady-state tests. A comparison of the improved equation of drainage flow results with the existing experimental data shows that the improved equation represents the drainage flow more accurately than the one used in EPA SWMM. HIGHLIGHTS Green roof modeling capability of EPA SWMM is investigated.; An improved drainage flow equation for the green roof is obtained.; Decay constant HCO in the percolation equation is determined for different green roof substrates.

Düşük etkili kentleşme uygulaması: Biyotutmanın hidrolojik performansının deneysel modellerle araştırılması

Su kaynaklarının ekonomik, sosyal ve çevresel açıdan en verimli şekilde kullanılması, canlı hayatın sürdürülebilmesi için kaçınılmazdır. Özellikle kentleşme ile birlikte betonlaşma ve buna paralel olarak topraktaki geçirimsiz yüzey artmakta, toprakta meydana gelen sızma azalmakta ve yağış sonucu yüzeyde toplanan fazla su hızlı bir şekilde akışa geçerek taşkına neden olmaktadır. Kentleşme ile beraber toprağa sızamayan su, doğal arıtım olan topraktan mahrum kalmakta ve yüzeyde biriken kirliliği doğrudan su kaynaklarına taşımaktadır. Bu durum su kalitesini olumsuz yönde etkilemekte ve su kirliliğine neden olmaktadır. Bu çerçevede, çevresel sürdürülebilirliğin sağlanması, su kaynaklarının korunması ve kentleşmenin çevre ve su kaynakları üzerindeki olumsuz etkilerinin azaltılması için yeni hidrolojik yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma kapsamında, kentleşme sonucu arazi kullanımında meydana gelen değişimler ile artan yüzeysel akış ve su kirliliğini önlemek için Düşük Etkili Kentleşme (DEK) tipi En İyi Yönetim Uygulamaları (EİYU) incelenmiştir. Yüksek yüzeysel akış ve yayılı kirlilik kaynaklarının olumsuz etkilerini azaltmak için kullanılan bir yağmur suyu yönetimi uygulaması ve DEK çeşidi olan “biyotutma” araştırılmıştır. Bu amaçla kurulmuş olan bir deney düzeneği ile biyotutmanın hidrolojik verimliliği ve performansı gözlemlenmiştir. Yapılan deney sonuçları değerlendirilerek biyotutmanın pik debinin azalması üzerine etkisi incelenmiştir. Biyotutma kolonlarında kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde malzeme tipi ve özelliklerinin biyotutma kolonlarında suyun tutulmasında etkili olduğu görülmüştür. Kum içeriğinin fazla olması ile kolonlardaki çıkış debisinin arttığı ve ince taneli malzemelerin artması ile azaldığı gözlemlenmiştir